科技的进步把人类从繁重的体力劳动中解脱了出来。有没有可能发明一种机器可以源源不断地输出能量或动力，却无需消耗任何外界能量呢？人们曾经梦想若能制成永动机，就可以在不消耗任何自然资源的情况下无中生有地获得无限动力。永动机确实是一个极其诱人的设想！长期以来，很多人曾致力于永动机的开发研制，但是到目前为止，没有任何一种永动机试验成功。随着自然科学的发展，我们逐渐认识到，永动机在工作原理上是违背热力学基本定律的，是不可能实现的。
热力学的四个基本定律是自然科学中最为坚实的定律，它们是几百年科学技术与经验的结晶，至今未发现一例违反热力学基本定律的例子。通常把永动机分为两类：违反热力学第一定律的第一类永动机、违反热力学第二定律的第二类永动机。
热力学第一定律（即能量守恒和转换定律）指出，自然界中物质的能量可以从一种形式转变为另一种形式，也可以从一个物体传递给另一个物体，但是在转变或传递过程中能量总和保持恒定。不消耗能量就可以作功的“第一类永动机”不可能实现。
达·芬奇也曾经设计过永动机，后来他领悟到这是不可能实现的
达·芬奇设计的永动机是第一类永动机的代表作，该装置期望利用不均衡的力矩作用使轮子绕中心轴转动，并源源不断地输出动力。但是，由于在某一确定的位置所有圆球产生的力矩恰好相互抵消，因此该装置根本无法实现“永动”。其后，大量利用惯性力、浮力、电磁力或毛细作用的第一类永动机相继被实验结果所否定。早在1586年荷兰科学家斯蒂文在《静力学基础》一书中，通过详细讨论斜面上力的分解问题，明确指出利用力学方法无法制成永动机。基于实践和理论所证明的第一类永动机不可能实现的事实，法兰西科学院于1775年通过决议，拒绝审理“表现永恒运动的任何机器”。
一架“永动机”设计图
第二类永动机是只从一个能量源获取一定动力并永远运转的装置。19世纪80年代，美国的发明家甘姆埃设计了一种以液氨为工作介质的“零度发动机”。甘姆埃认为，液氨从周围环境吸收热量，气化后体积膨胀，推动活塞，输出推动力，然后自动凝结，放热给环境。整个循环过程中能量是守恒的，并且由于能量转换，输出的功最终也会以热量的形式释放在环境中，这样环境的能量就取之不竭，上述过程循环往复进行，就可以源源不断做功。当时，该设计居然得到了美国海军和美国总统的认可。尽管该装置并不违背热力学第一定律，但却与热力学第二定律相悖，也是无法实现的。
因为能量耗散，牛顿摆最终会停下来
热力学第二定律指出，不可能从单一热源取热并使之完全转换为功，而不对环境造成任何影响。热力学第二定律强调了热量传递过程的方向性，热量可以自发地从高温物体向低温物体转移，但却必须消耗一定量的功才有可能使热量从低温物体向高温物体转移。甘姆埃的“零度发动机”实际上就是一种从单一热源获取热量并将之转换为功的机械，液态氨从高温环境中吸热、气化过程是自发进行的，但气态氨的凝结放热过程却必须有一个温度低于环境温度的冷源，维持这个冷源是需要消耗能量的，因此该装置也无法实现“永动”。
曾经有很多工程师沉迷于设计“永动机”
科学研究永无止境，但无中生有、不劳而获是不可能的。尽管科学实践已经证明了永动机根本无法实现，可目前社会上仍充斥着各种永动机的幻想。其实这些想法要么根本经不起检验，要么实际上是使用纽扣电池等驱动的骗局。这些幻想家们往往拒绝真正的科学交流，比如有一个美国人丹尼斯·李声称：“我们不去和世界科学家和科学刊物打交道；我们相信一个普通人根据常识能够看到放在他们面前的证据，自己做出决定；我们相信你不需要科学家来替你思考。”他用这样的反科学语言来宣传无需消耗任何能源的发电机，其最终目的是骗取钱财。
对于永动机的分析，我们还是借用斯蒂文在《静力学基础》一书中的一句话作为结束语吧，“神奇其实并不神奇”！（刘联胜）
法兰西科学院
【微博士】法兰西科学院关于永动机的决议
1775年，法兰西科学院郑重通过了一项决议，永不接受永动机的申请。在《法兰西科学院的历史》一书中有如下记载：“这一年科学院通过决议，决定拒绝审理有关下列问题的解答：倍立方，三等分角，求与圆等面积的正方形，以及表现永恒运动的任何机器。”并且解释说，永动机的建造是绝对不可能的，即使中间的摩擦和阻力不致最终破坏原来的动力，这个动力也不能产生等于原因的效果；再如设想动力可以连续起作用，其效果在一定时间之内也会是无限小。如果摩擦和阻力减少，初始的运动往往得以继续，但它不能与其他物体作用，在这种假设（自然界不可能存在）中，唯一可能的永恒运动对实现永动机建造者的目的将毫无用处。这些研究的缺点是费用极度昂贵，不仅仅毁了一个家庭，本来可以为公众提供大量服务的技师们，往往为此浪费了他们的工具、时间和聪明才智。
在热力学体系建立后，人们通过严谨的逻辑，证明永动机是违反热力学基本原理的。现在美国专利及商标局也严禁将专利证书授予永动机类的申请。
【微问题】用一个足够大的放大镜来聚焦太阳光，可以达到比太阳温度还高的温度吗？
【关键词】永动机 热力学定律